绕线式转子无刷双馈电机控制分析报告
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制无刷双馈风力发电机是一种利用风能转化为电能的装置，其中无刷表示没有刷子与旋转子接触，双馈表示既有直流驱动的转子，又有交流驱动的转子。
下面将对无刷双馈风力发电机的设计分析与控制进行探讨。
无刷双馈风力发电机的设计分析包括机械结构设计、电磁设计和控制系统设计。
机械结构设计主要包括叶片的选择和布置，塔架和基础的设计以及风力发电机的整体布局。
叶片的选择应考虑到切入风速、功率系数、气动特性等因素，布置应使各叶片均匀受力，避免振动和共振。
塔架和基础设计要考虑到风力发电机的高度、重量、抗风能力和地质条件等因素，确保安全可靠。
电磁设计主要包括发电机的定子和转子的设计。
定子设计要考虑到电磁参数的选择，如磁场密度、线圈匝数等，以及冷却措施的设计，确保发电机的效率和稳定性。
转子的设计要考虑到双馈风力发电机的特点，如直流驱动转子的设计要考虑到功率传递和转速控制，交流驱动转子的设计要考虑到转子电磁参数的选择和控制。
控制系统设计主要包括转速控制和功率控制。
转速控制要根据风速的变化调节双馈风力发电机的转速，以使其在最佳工作状态下输出最大功率。
功率控制要根据电网的要求调节发电机的输出功率，保持电网的稳定性。
控制系统设计还要考虑到发电机的运行状态监测和故障保护，确保发电机的安全运行。
无刷双馈风力发电机的控制主要包括电气控制和机械控制两方面。
电气控制主要包括对发电机电磁参数的控制和输出功率的调节，可以采用PID控制或模糊控制等方法。
机械控制主要包括对叶片角度和转子转速的控制，可以采用电机驱动或液压驱动等方法。
无刷双馈风力发电机的设计分析与控制是一个复杂的工程问题，需要考虑到机械、电磁和控制等多个方面的因素，以实现高效、稳定和安全的发电。
随着风电技术的不断发展，无刷双馈风力发电机的设计和控制将不断提升，为可持续能源的利用做出更大的贡献。
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制无刷双馈风力发电机（Brushless Double-fed Wind Power Generator，BDWG）由于其具有高效、稳定、可靠的特点，在风电发电产业的快速发展中得到了广泛应用。
其核心部件是无刷双馈电机（Brushless Double-fed Induction Machine，BDFIM），由于其内外转子之间通过转子侧电容连接，使其具有一定的电磁转矩特性。
因此，在BDWG中基于实时控制的电压源逆变器的功率控制策略中，可以通过控制转子的电压和电流使得BDFIM适应风机不同的转速变化（也即风速的变化）现象，从而在风力发电过程中实现良好的功率控制性能。
本文旨在对BDWG的设计原理和控制策略进行分析和探讨，主要从以下几个方面进行讨论。
1. BDWG的设计分析（1）结构和工作原理BDWG由涉及双馈电机转子部分（即有刷子组合，转子侧电容器等）和无刷直流电机（一般用于调节转子电容器电压的空间矢量调制控制）经由转子上的能量转换器进行变换，在输出端带有无功功率控制的PWM逆变器进行功率输出。
BDFIM相较于一般异步电机，其内部转子电流被划分为主磁通和次磁通两个部分，转子上的电容器则通过变压器与电网连接。
在风机转速发生变化时，由于双馈电机的特殊结构，主磁通和次磁通之间会产生一定的漏电感，从而使得转子上的电流产生相应的变化。
（2）参数设计和优化在BDWG的设计上，关键的参数设计主要包括了转子电容器的容量、变压比等。
为了实现风能的最大利用效率，需要在保证性能的前提下尽可能减小转子电容器的容量，同时在变压器的设计上注重其高效、轻便的特性。
以上两者则需要依据技术手段来进行有效的优化设计。
2. BDWG的控制策略（1）转子电压交换控制BDWG的控制策略之一是通过转子侧的能量转换器实现交换控制，从而在转速变化的情况下实现电极磁势的平衡控制。
该控制策略主要由节拍控制和逆变控制两个部分组成，其中节拍控制主要通过时序触发器和计数器实现；逆变控制则主要通过高功率开关管实现，其控制基础是PWM控制。
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制1. 引言1.1 研究背景无刷双馈风力发电机能够通过改进其结构设计和控制策略来提高风力发电机的性能，并且能够更好地适应风速的变化。
无刷双馈风力发电机的设计和控制也能够提高其稳定性和可靠性，从而减少维护成本并延长其使用寿命。
对无刷双馈风力发电机的设计分析与控制研究具有重要的研究意义，并对未来的清洁能源发展具有积极的推动作用。
1.2 研究意义无刷双馈风力发电机是一种新型的风力发电设备，具有高效率、低噪音、可靠性高等优点，在清洁能源领域具有重要的应用前景。
研究无刷双馈风力发电机的设计分析与控制，对于提高风力发电系统的整体性能，提升能源利用效率，促进可再生能源发展具有重要意义。
通过对无刷双馈风力发电机的设计分析，可以深入了解其工作原理和结构特点，为进一步优化设计提供理论依据。
探讨无刷双馈风力发电机的控制策略，可以有效提高风力发电系统的稳定性和响应速度，保障系统在不同工况下的运行效果。
通过性能模拟分析和实验验证，可以验证设计方案的可行性和准确性，为实际工程应用提供参考依据。
在未来的研究中，结合设计分析与控制策略的优缺点分析，可以进一步完善无刷双馈风力发电机的设计与控制方案，提高系统的运行效率和稳定性。
针对新能源发展的需求，不断拓展研究领域，探索更加优化的设计和控制方法，促进无刷双馈风力发电机在实际应用中的推广和发展。
2. 正文2.1 无刷双馈风力发电机设计原理无刷双馈风力发电机设计原理是在传统的风力发电机基础上进行了改进和创新。
传统的风力发电机通常采用了双馈电机的结构，但是存在着换向器和碳刷磨损等问题。
而无刷双馈风力发电机则采用了无刷技术，避免了这些问题，提高了系统的可靠性和稳定性。
无刷双馈风力发电机的设计原理主要包括了转子的结构设计和定子的绕组设计。
转子通常采用双馈风力发电机的设计，但是去掉了碳刷和换向器，改为了无刷转子。
这样可以减少系统的维护成本和故障率。
定子的绕组设计则需要考虑到风力发电机的特性和工作环境，保证系统的性能和效率。
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制
无刷双馈风力发电机是一种利用风能产生电能的设备。
它采用无刷双馈技术，可以有效提高风力发电机的功率输出和风能利用率。
本文将从设计分析和控制两个方面对无刷双馈风力发电机进行探讨。
在设计分析方面，无刷双馈风力发电机主要包括转子部分和定子部分。
转子部分一般采用永磁同步风力发电机，定子部分则采用双馈异步发电机。
永磁同步风力发电机具有高效率、高能量密度和低自耗等特点，可以有效提高风力发电机的功率输出。
双馈异步发电机通过转子构成的转子群控制转速，实现最佳功率点跟踪。
通过合理设计转子和定子的参数，可以提高风力发电机的风能利用率和输出功率。
在控制方面，无刷双馈风力发电机一般采用功率控制和电流控制两种方式。
功率控制是指根据风速和负载要求，调节转子群的电动功率，实现最佳功率输出。
电流控制是指通过调节定子和转子的电流，控制转子速度和输出电压，确保风力发电机的正常运行。
还需要对电网进行监测和控制，确保电网的稳定性和安全性。
无刷双馈风力发电机的控制策略还包括风能预测和故障检测。
风能预测是指通过对风速的预测，实时调节转子和定子的控制参数，提高风力发电机的风能利用率。
故障检测是指通过监测风力发电机的参数和运行状态，及时发现和处理故障，确保风力发电机的正常运行。
无刷双馈风力发电机的设计分析和控制是提高风能利用效率和输出功率的关键。
通过合理设计转子和定子的参数，采用适当的控制策略和技术手段，可以有效提高风力发电机的性能和可靠性，促进风能产业的发展。
无刷双馈电机的控制方法研究
无刷双馈电机的控制方法研究一、本文概述随着电机技术的不断发展和应用领域的日益扩大，无刷双馈电机作为一种高效、节能的电机类型，受到了广泛关注。
无刷双馈电机以其独特的结构和工作原理，在风力发电、泵类负载、电动汽车等领域展现出显著的优势。
然而，无刷双馈电机的控制方法一直是研究领域的热点和难点。
因此，本文旨在深入探讨无刷双馈电机的控制方法，以提高其运行性能，推动其在各个领域的广泛应用。
本文首先介绍了无刷双馈电机的基本结构和工作原理，为后续的控制方法研究奠定基础。
接着，文章综述了目前无刷双馈电机控制方法的研究现状，包括传统的控制方法和近年来新兴的控制策略。
在此基础上，文章重点分析了无刷双馈电机的数学模型和控制系统设计，详细阐述了各种控制方法的实现原理和应用效果。
本文还探讨了无刷双馈电机控制方法在实际应用中的挑战和解决方案，如参数辨识、动态性能优化等问题。
通过案例分析，文章展示了无刷双馈电机控制方法在具体领域的应用实例，验证了其可行性和有效性。
本文总结了无刷双馈电机控制方法的研究成果和发展趋势，展望了未来可能的研究方向和应用前景。
通过本文的研究，旨在为无刷双馈电机的控制方法提供理论支持和实践指导，推动无刷双馈电机技术的持续发展和应用推广。
二、无刷双馈电机的工作原理无刷双馈电机（Brushless Doubly-Fed Machine, BDFM）是一种特殊的电机类型，它结合了异步电机和同步电机的特点，具有独特的运行方式和控制策略。
无刷双馈电机的工作原理主要基于电磁感应和电磁场理论，其内部包含两套极数不同的绕组，分别称为功率绕组和控制绕组。
功率绕组通常与电源直接相连，负责传递主要的电能和转矩。
控制绕组则通过变频器或其他电力电子设备进行控制，用于调节电机的运行状态。
这两套绕组在电机内部产生不同的旋转磁场，通过磁场相互作用实现电机的转矩传递和转速控制。
无刷双馈电机的独特之处在于其不需要机械换向器或电刷来实现电流换向，从而提高了电机的可靠性和维护便利性。
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制无刷双馈风力发电机是一种新型的风力发电机，其设计与控制技术对于提高风力发电机的效率和性能具有重要的意义。
本文将围绕无刷双馈风力发电机的设计原理、分析方法以及控制技术展开探讨，旨在提高读者对于这一新型风力发电技术的理解。
一、无刷双馈风力发电机的设计原理无刷双馈风力发电机是在传统的双馈风力发电机基础上进行了改进，其设计原理主要包括无刷化技术和双馈技术。
无刷化技术是指将传统双馈风力发电机中的差动转子绕组和励磁绕组由刷子式调速器改为电子式调速器，从而实现了发电机的无刷化运行，即无需使用碳刷和滑环，减少了摩擦损耗和维护成本，提高了发电机的可靠性和稳定性。
双馈技术是指在发电机的转子上设置一个差动绕组和一个励磁绕组，分别接通到转子外的两个变频器上，这样可以实现发电机的双馈运行，从而提高了发电机的自起动能力和低速区的发电效率。
无刷双馈风力发电机不仅具备了传统双馈风力发电机的优点，还具有了无刷化的优势，使得其在风力发电领域具有了更广阔的应用前景。
1. 发电机的结构设计无刷双馈风力发电机的结构设计主要包括转子结构、定子结构和冷却系统。
在转子结构设计上，需要考虑差动绕组和励磁绕组的布局，以及电子式调速器和转子温度的控制。
在定子结构设计上，需要考虑定子绕组的布局和传热系统，以及发电机的外部接线和绝缘系统。
在冷却系统设计上，需要考虑发电机在不同工况下的热特性，选择合适的冷却介质和冷却方式，以确保发电机在长时间运行中不会因发热而出现故障。
2. 发电机的电磁设计无刷双馈风力发电机的电磁设计是其设计的关键部分，主要包括磁场分析、电路设计和电磁计算。
在磁场分析中，需要通过有限元分析软件对发电机的磁场进行分析，以优化磁路设计和减小磁损。
在电路设计中，需要根据磁场分析结果设计差动绕组和励磁绕组的电路，以实现双馈运行和无刷化控制。
在电磁计算中，需要进行电磁场和热场的耦合计算，以验证发电机设计的合理性和可靠性。
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制
无刷双馈风力发电机是利用风能产生的机械能，通过发电机将机械能转化为电能。
相较于传统的直驱风力发电机，无刷双馈风力发电机有更高的效率和更低的维护成本。
在无刷双馈风力发电机的设计分析中，首先需要确定发电机的参数和结构。
发电机的参数包括电气参数、机械参数和磁学参数。
其中，电气参数包括电感、电阻、绕组等，机械参数包括转子惯量、转速等，磁学参数包括磁通密度、铁磁体材料等。
这些参数的选取必须符合发电机的设计要求，例如对功率、转速、效率、容错能力等方面的要求。
在确定发电机参数后，需要进行发电机结构设计。
无刷双馈风力发电机的结构一般包括转子、定子、变频器等部分。
转子包括永磁体和绕组，定子包括电感与绕组，变频器则用于控制电机的转速和电压。
此外，随着科技的发展，部分无刷双馈风力发电机还带有电容等辅助电路，来提高电机效率。
控制是无刷双馈风力发电机的关键技术之一。
控制旨在实现输出功率的最大化，同时保持电机的稳定运行。
控制系统通常采用电磁场定向控制等算法，以跟踪给定的转速和转矩。
此外，为了实现发电机的容错能力，无刷双馈风力发电机还需要具备过电流、过电压等保护功能。
总体来说，无刷双馈风力发电机的设计分析与控制是一个综合性的问题，需要考虑电气、机械和控制等多个方面。
随着风力发电技术的不断发展，相信无刷双馈风力发电机的应用将越来越广泛。
无刷双馈电机控制技术讲义资料
无刷双馈电机控制技术✧无刷双馈电机的运行原理✧绕线式转子无刷双馈电机的数学模型✧绕线式转子无刷双馈电机控制系统分析1 无刷双馈电机的运行原理1.1 工作原理无刷双馈电机与两台极联的感应电机的原理相同。
两台电机级联是将两台绕线式电机的轴相连，转子绕组反相序连接。
级联电机系统从第一台电机的定子侧输入电功率，通过转子传递给第二台电机的转子绕组侧，第二台电机的定子绕组外接电阻短接。
省去了滑环，系统通过改变外接电阻大小就可以改变电机的转速。
无刷双馈电机接线如下图1.1所示，两套定子绕组没有直接电磁耦合，转子经特殊设计，起着两套定子绕组之间能量传递中介。
电网图1.1 无刷双馈电机系统示意图功率绕组p p 对极接入工频电源（p f ）、控制绕组c p 对极接变频器（c f ），两套绕组同时通电，在气隙中产生两种极对数不同的磁场，这两个磁场通过转子的调制，发生相互耦合，实现能量的相互传递。
功率绕组在电机气隙中产生的磁场同步转速：60p sp pf n p =转差率：sp r p rp sp pn n s n ωωω--==则转子绕组感应的电流频率为：6060p p rp p rp f p n s f f -==控制绕组接入变频电源时频率c f ，控制绕组与功率绕组反相序，故产生的旋转磁场方向与功率绕组产生的旋转磁场方向相反，其在转子绕组感应的电流频率：6060c c rc c rc f p n s f f +==采用绕线式转子结构电机（如变极法或齿谐波法），转子绕组共用线圈，因此当电机稳定运行时感应的转子绕组电流频率有rp rc f f =，因此由上面式子可得：p c r p cf f f p p -=+转子机械转速为：60()p c p cr f f p p n -=+如果第一台电机的定子输入的电功率是N P ，当运行于某一转速时的两台电机的转差分别是p s 和c s 。
可以得到第一台电机的机械功率：(1)wp p N P s P =-忽略了电机的其他损耗，p N s P 就成为第一台电机通过转子传给第二台电机的电功率，由于第二台电机的功率来源于它的转子，第二台电机的转子按变压器原理为原边，而第二台电机的定子为副边。
无刷双馈发电机的控制
无刷双馈发电机的控制无刷双馈电机具有很多应用上的优点，但由于其复杂的定转子磁场关系，其作为电动机或发电机的控制策略的难度也要远远高于普通异步电机。
目前对无刷双馈电机控制的研究大多集中在电动机调速控制策略方面，另外对无刷双馈发电机并网发电的控制策略也有一定研究。
20世纪80年代末到90年代初，Alan K、Wallace Rene Spee、Ruqi Li等人推导出笼型无刷双馈电机动态数学模型和两轴数学模型，为BDFM的动态仿真和控制性能的优化提供了坚实的基础。
随后各种方法如标量控制、磁场定向控制、直接转矩控制、模型参数自适应控制等都被广泛应用于无刷双馈电机控制。
一、作为发电机运行时的控制策略BDFM作为发电机运行其控制策略与电动机运行有一定差别，由于无刷双馈电机应用于风力、小水力变速恒频发电的优越性能，使得BDFM发电运行控制策略也是目前的研究热点。
关于无刷双馈风力发电机的控制技术，国内外学者所研究的热点问题之一是如何实现最大功率跟踪，以实现最大风能捕获、提高发电效率。
为达到这一目标，目前主要采用磁场定向的矢量变换控制技术对无刷双馈发电机的有功功率和无功功率进行解耦，通过独立控制有功功率和无功功率来实现最大功率跟踪。
但这种基于矢量控制的方法需要进行坐标变换，计算量大，且易受发电机参数变化的影响，大大降低了系统的鲁棒性。
在风力发电领域中，直接转矩控制技术及其变频器产品主要应用于永磁同步发电机系统和有刷双馈发电机系统，下面对此作一简要介绍。
无刷双馈发电机的电磁转矩方程可表示为式中pp 、pc——功率绕组和控制绕组的极对数；L p 、Lc——功率绕组和控制绕组的自感；ψp 、ψc——功率绕组和控制绕组的磁链矢量；Mpc——两套定子绕组之间的互感；θ——磁链矢量ψp和ψc之间的夹角。
功率绕组的磁链方程为式中up——功率绕组的电压矢量；ip——功率绕组的电流矢量；Rp——功率绕组的电阻。
由于功率绕组电阻压降Rp ip对功率绕组电压的影响很小，可忽略不计，而功率绕组作为电能输出端，要求其输出为恒频恒压，即电压up的幅值和频率保持不变，因此可以认为功率绕组磁链ψp的幅值和旋转速度基本恒定。
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制无刷双馈风力发电机是一种新型的风力发电设备，采用无刷双馈技术可以提高发电机的效率和稳定性。
本文将对无刷双馈风力发电机的设计分析和控制进行探讨。
一、无刷双馈风力发电机的设计原理无刷双馈风力发电机是一种新型的风力发电设备，它采用无刷双馈技术，可以提高发电机的效率和稳定性。
无刷双馈风力发电机由外转子和内定子组成，外转子与风扇叶片直接相连，内定子与电网相连。
风扇叶片受到风力作用时，外转子受到转动力，经过齿轮箱传动到内转子上，内转子产生交流电，将电能送入电网，完成发电过程。
二、无刷双馈风力发电机的设计分析1. 外转子设计外转子是无刷双馈风力发电机的主要部件之一，它需要具备一定的强度和刚度，以承受风扇叶片受到的风力作用。
外转子的设计还需要考虑其与齿轮箱的连接方式，以及磁场的分布和导磁性能等因素。
3. 控制系统设计无刷双馈风力发电机的控制系统需要具备良好的稳定性和动态响应性能，以保证发电机在不同风速和负载条件下能够稳定地工作。
控制系统的设计需要考虑风力发电机的整体工作过程，并结合电力电子技术和自动控制技术，实现对发电机的实时监测和调节。
三、无刷双馈风力发电机的控制方法1. 自适应控制方法自适应控制方法是一种基于系统状态反馈的自动控制方法，它可以实时地对风力发电机的工作状态进行监测和调节，以实现对发电机的最优控制。
2. 模糊控制方法模糊控制方法是一种基于模糊逻辑的自动控制方法，它可以将人的经验和专业知识转化为模糊规则，以实现对风力发电机的精确控制。
3. 遗传算法控制方法遗传算法控制方法是一种基于遗传遗传算法的自动控制方法，它可以通过遗传进化的方式来寻求最优化控制策略，以实现对风力发电机的高效控制。
四、无刷双馈风力发电机的应用前景无刷双馈风力发电机具有高效率、稳定性和环保性等优势，逐渐成为风力发电领域的研发热点。
随着技术的不断进步和成本的不断降低，无刷双馈风力发电机将在未来得到广泛应用，并为全球清洁能源发展做出重要贡献。
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3 绕线式转子无刷双馈电机控制系统分析无刷双馈电机在双馈方式下运行时具有普通同步电动机的特性，可能在恒压频比的开环控制下稳定运行，但是其转速和负载转矩的动态性能比较差，负载突变时转速容易振荡，存在失步的危险。
为了改善BDFM 的运行性能，需要对它进行闭环控制。
由于BDFM 又具有异步电动机的特点，因此适用于异步电动机的控制策略都可以用于对BDFM 的控制，如标量控制、直接转矩控制、转子磁场定向控制、参数自适应控制等。
目前，国外学者对BDFM 的控制进行了较为深入的研究。
本课程主要对几种常用的控制策略进行分析。
3.1 无刷双馈电机的标量控制BDFM 理想的运行方式是双馈运行。
在双馈方式下，按照式60pr p c f n p p =+，通过闭环控制BDFM 控制绕组的频率和电压大小，就可以实现对电机转速和功率因数等特性的动态控制。
这就是标量控制的基本思想。
图3-1为BDFM 的标量控制框图，系统通过两个简单的PI 调节器来实现对电机的动态控制。
本系统有两个给定，即速度和功率因数。
系统通过对电机转速和功率绕组电量的检测，利用CPU 计算出实际的转速和功率因数，再将它们与给定值进行比较。
当转速出现偏差（有可能失步）时，系统就自动调节控制绕组频率来减小和消除偏差。
当功率因数出现偏差时，系统就自动调节控制绕组的励磁电流（或电压）来减小和消除偏差，保证系统稳定可靠运行。
当负载一定和功率因数给定时，对应的控制绕组的励磁电流可以通过稳态电路来计算。
只考虑控制绕组系统的等效电路如图3-1所示。
根据该图可以计算出控制电流与负载和功率因数的关系。
图3-2 BDFM标量控制框图假设功率绕组系统的功率因数角为 （带后），电磁功率为P，则在忽略定子emp损耗时功率绕组电流I为p3cos empp p P I U ϕ= （3-1）假设功率绕组电流系数为ip k ，则转子电流r I ，为3cos empr ip p P I k U ϕ=⋅ （3-2）由图3-2可得转子回路的电压方程为sp r r cr r r c crm U I Z E I Z I jx =-=+ （3-3）式中 r Z ——转子复阻抗；crm x ——定子与转子间互感。
结合式（3-2），式（3-3）可以计算出控制绕组电流c I 为3cos emp sp ipr p c crm P U k Z U I jx ϕϕ-<-=(3-4)控制系统中要求功率因数维持常数，以提高电机的效率和减少无功功率。
因此，当负载发生变化时，就可以按照式（3-4）的规律来调节控制绕组电流（电压），以保证功率因数等于给定值不变。
标量控制是利用稳态电路模型来建立控制算法，系统比较简单，硬件和软件都容易实现，可以在较低价格的微处理器上实现。
采用标量闭环控制，BDFM 的稳定性和动态性能得到了较大的改善和提高。
该控制适用于对动态性能要求不高的场合，如煤态的通风机、水泵等。
3.2 无刷双馈电机的直接转矩控制直接转矩是直接在定子坐标上计算磁链和转矩的大小，并通过对磁链和转矩的直接跟踪实现功率变换器的PWM 输出，来控制电机的动态行为，该方法不需要复杂的坐标变换，对参数变化也不敏感，可以很好地满足系统高动态性能的要求。
异步电动机的矢量图如图3-3所示。
利用异步电动机的稳态电路和转矩关系，可以推导出异步电动机的电磁矩表达式为2sin em s r p T L σψψθ=⋅ （3-5）式中2L σ——转子漏电感；s ψ——定子磁链；r ψ——转子磁链；θ——定、转子磁链夹角。
可见电磁转矩与磁链成正比。
与θ角成正弦关系。
在直接转矩控制中，需要控制定子电压来维持定子磁链幅值为额定值，以便充分利用电机铁心。
转子磁链幅值由负载决定。
由式（3-5）可知，要控制电磁转矩大小，可以通过直接改变θ角来实现。
在直接转矩控制中，可通过控制定子绕组电压矢量在空间瞬时加速或减速来改变角的大小。
异步电子机定子绕组电压矢量在空间的转速和方向是通过控制功率变换器的开关开断时间和顺序来实现的。
图3-4为功率变换器电路，主电路由三组开关（U S 、V S 、w S ）组成。
当U S （V S 、w S ）=1时，表示桥臂上边开关闭合，下边开关断开；当（U S 、V S 、w S ）=0时，表示桥臂上边开关断开，下边开关闭合，则这三组开关共有8种状态，见表3-1。
它能输出8种电压状态，电压加在绕组上产生电流，形成的合成磁动势也有8种状态，相应的空间矢量如图3-5所示。
由图3-4和图3-5可知，如果控制变换器的开关状态按照1、3、2、6、4、5、1顺序变化，则在电机中产生的合成磁动势及其磁链变化的轨迹为正六边形，旋转方向是顺时针方向；如果控制变换器的开关状态按照1、5、4、6、2、3、1顺离变化，则在电机中产生的合成磁动势及其磁链变化的轨迹仍为正六边形，旋转方向是逆时针方向。
可见，定子磁链变化规律由定子电压决定。
表3-1 变换器开关状态在直接转矩控制中，就是通过电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度和方向，控制定子磁链走走停停或正走走反走走，以改变定子磁链的瞬间速度大小；而转子磁链速度由定子频率的平均速度决定，它不会突变。
因此，瞬间改变定子磁链的速度，就改变了 角的大小。
由图3-3可知，当定子磁链的速度增加时，θ角会变大，相应地电磁转矩也会增加。
由于BDFM 的功率绕组不可控制，仅控制绕组励磁可控，机时BDFM 的总电磁转矩由两套绕组的励磁共同产生，因此不能用传统的普通异步电动机直接转矩控制方法来控制BDFM 。
于是，有学者提出了基于一套绕组来估计磁链和转矩变化的BDFM 直接转矩控制方法。
该方法使用转子速dq 坐标系BDFM 数学模型。
并引入一个电磁转矩变化量表达式（3-6），来进行辅助计算和控制。
()()em p qsp dsp qsp dsp dsp qsp dsp qsp c qsc dsc qsc dsc qsc dsc qsc T P i i i i p i i dsc i i ψψψψψψψψ=+--++-- （3-6）由此就可以得出控制绕组电压与电磁转矩的关系为*223*11122113qscdsc u em u sc T γββγββγβγψγ-⎡⎤-⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦---⎣⎦⎣⎦ （3-7）式中，13~ββ、13~γγ是与电机参数相关的系数。
可见控制绕组电压与转矩的变化量直接相关。
只要估计出转矩和磁链的变化值，控制绕组需要的励磁电压就可以根据式（3-7）计算出来。
然后可以求出功率变换器的开关状态函数，控制功率变换器使之输出BDFM 所需要的电压值和频率值。
BDFM 的直接转矩控制框图如图3-6所示。
BDFM的直接转矩控制需要测量定子绕组的各相电压、电流以及转子速度，并进行计算估计电机的磁链和电磁转矩。
然后计算转子速坐标系下控制绕组的电压值，再进行坐标变换得到静止坐标下三相电压控制值。
最后控制功率变换器输出相应的电压，需要高速处理器来设计控制系统，因而成本较高，但其控制性能十分优越。
3.3无刷双馈电机的转子磁场定向控制对异步电机进行矢量控制时，需要先将电机的空间矢量经过坐标变换，将三相静止坐标变换成同步旋转的dq坐标，并将坐标的d轴固定在转子磁链方向上。
因此，经过变换后的空间合成矢量（电流、电压、磁动势、磁链等）都变成了直流物理量，电机的控制量很容易确定，也很容易控制。
但是BDFM 在双馈运行时，电机中存在不同转速的两个旋转磁场，不能像普通异步电机那样确定一个惟一的同步坐标系，因此BDFM 的矢量控制需要建立双同步坐标系统。
为了简化模型，将控制子系统和功率子系统建立的转子磁场进行定向，即将功率子系统的同步坐标中d 轴固定在功率子系统转子磁链方向上，将控制子系统的同步坐标中d 轴固定在控制子系统转子磁链方向上，将控制子系统的同步坐标中d 轴固定的控制子系统转子磁链方向上。
因此，两个子系统中q 轴方向的转子磁链等于零，即22220drp rp drp srp dsp rp qrp rp qrp srp qsp L i L i L i L i ψψψ=+=⎧⎪⎨=+=⎪⎩ （3-8）22220drc rc drc src dsc rc qrc rc qrc src qsc L i L i L i L i ψψψ=+=⎧⎪⎨=+=⎪⎩ （3-9）将式（3-8）、式（3-9）代入双同步速模型中，会得到达BDFM 转子磁场定向的数学模型为22222222222222222222000000000000000sp sp p sp srp p srp dsp p sp spsp srp srp qsp sc sc c sc src c src dsc c sc sc sc c src src qsc srp src r r s srp s src r L p L L p L u L r L p pL L p u r L p L L p L u L r L p L L p u L p L p r L p L L ωωωωωωωωωω+--⎡⎤⎢⎥+⎢⎥+-⎢⎥=⎢⎥+-⎢⎥⎢⎥+⎢⎥--⎣⎦22s rc s rp r L L r ωω⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎣⎦dsp qsp dsc qsc dr qr i i i i i i ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦ （3-10）BDFM 在双馈运行时，两个子系统的转差频率相等，即s sp sc ωωω==。
由此，可进一步得到BDFM 转子磁场定向的电磁转矩为2222srp src em p rp qsp c rc qsc rp rc L L T p i p i L L ψψ=+ （3-11）BDFM 在双馈运行中，只有控制子系统的励磁可以调节，因此对BDFM 的电磁转矩调节只能通过改变控制子系统的转矩来实现。
在BDFM 矢量控制中，被控制的物理量是控制绕组的电流。
从BDFM 的双同步模型中寻找控制绕组电流与其他量的关系是BDFM 矢量控制的关键。
由式（3-10）的第五行求得转子电流d 轴分量为rp rcdr r d p i r ψψ+= (3-12)由式（3-9）和式（3-12）可得定子电流d 轴分量为22221c rc dsc rc rp src src T p L i p L L ψψ+=+ (3-13)式中2c T ——转子励磁时间常数，22/c rc r T L r =。
可见，控制子系统的转子磁链rc ψ仅由子电流d 轴分量dsc i 产生，与q 轴分量qsc i 无关。
由式（3-10）的第六行求得转差频率与控制电流的关系为r s qr rp rc r i ωψψ=- （3-14）将式（3-9）代入式（3-14）得22()src s qsc c rp rc L i T ωψψ=- （3-15）式（3-15）是转差频率控制方程，反映了转差频率与qsc i 之间的关系。